在日常生活中，我们会遇到各种将电能转化为机械能的电池供电的小电器，如吹风机、玩具车、微型风扇、修剪器等。负责这一操作的电气元件是这些小工具中的直流(DC)电机。DC发动机是一种利用DC动力做功并将其转化为机械功的装置。DC汽车的发明官方归功于托马斯达文波特；美国铁匠；然而，其他几位科学家，包括威廉斯特金和弗兰克朱利安斯普拉格，也为DC汽车公司的发展做出了贡献。如今，DC电机已成为工业部门不可或缺的一部分，并被用于各种应用，如电动汽车推进，电梯，起重机和轧机驱动。

直流电机的组成部分

DC电机通常看起来像一个圆柱形装置，轴伸出它，当DC应用时旋转。该操作通过以特定方式排列以下组件来执行。

定子

定子或钢轭是一个圆柱形金属外壳，DC电机的所有其他部件都放置在其中。定子的一个面包含从其延伸的垂直轴，而另一个面具有连接DC电源的两个端子。

磁铁

DC电机在其定子内安装了两个固定的永磁体。通过在它们之间建立水平磁场，它们充当磁体的北极和南极。

衔铁

在电气工程中，电枢一词是指在电磁力的作用下使线圈旋转的结构。在DC电动机中，电枢由放置在两块磁铁之间的转子组成。转子是由导电磁场线圈缠绕的叠片结构。电机的延伸轴沿着电枢的轴线通过，并随其旋转。

励磁线圈

DC电机中的励磁线圈或绕组是铜丝线圈，代替了固定在定子内壁上的永磁体。当电池发出的直流电通过线圈时，会形成一个极性可控的电磁铁，从而建立起所需的磁场。

换向器

换向器是一个空心圆柱体，在许多点上被分割，以反转DC电机内部电磁电枢线圈的极性。工作在DC的电源是电机的关键部分。它位于轴周围电枢的末端。电枢的末端与换向器相连，除了电刷之外，其他部件都与它电绝缘。

画笔

DC电机中的电刷是将静态端子连接到电机旋转部件的部件。它们通常由碳石墨制成，因为碳石墨是一种良好的电导体，并且具有优异的润滑性能。换向器位于两个电刷之间，这两个电刷进一步连接到电机的端子，以完成与DC电源的电路。

直流电机的工作原理

DC电机的工作原理是，每当载流导体置于磁场中，都会受到磁场力的作用，其方向由弗莱明左手定则给出。换句话说，DC电机由于永磁体的磁场和载流电磁体的磁场之间的相互作用而旋转。

弗莱明左手定则

弗莱明左手定则是一种记忆工具，用来理解电机中电流、外加磁场和感应力之间的垂直关系。如果我们把左手的食指、中指、拇指向相互垂直的方向伸出，中指对准电流中正常的电流方向，食指对准施加的磁场，那么拇指就会给出导体上的力的方向。为了理解DC汽车内部的工作原理，让我们更详细地讨论一下DC汽车的工作原理。

直流电机的工作

要了解DC电机的工作原理，我们先来看一个简单的案例，就是在一块永久磁铁的南北两极放置一个矩形的导线回路。当电流流过线圈时，会在线圈周围产生磁场。这个磁场与永磁体预先存在的磁场相互作用，产生排斥力，排斥力的方向可以由弗莱明左手定则决定。靠近永磁体北极的线段电流方向为正(远离电池正极)，导致力向下。同样，对于靠近永磁体南极的那部分导线，电流反向流动(流向电池负极)，产生向上的力。

但单个线圈的磁力不足以克服永磁体的磁通量，最终会停止，形成平衡。电磁体的磁场强度通过将其缠绕在转子的臂上而增强。在DC发动机中，电流通过换向器进入线圈，换向器与连接到DC电源的电刷摩擦。当电流通过线圈时，由于作用在转子上的扭矩，转子开始旋转。换向器片通过切断部分电源线圈，保证单向转矩，使电枢避开平衡位置。这个循环周期性地重复，导致连接到电枢的轴旋转。

直流电机的类型

直流(DC)电机在当今工业领域无处不在，服务于从机器人到交通运输的各种中小型电机应用。由于其多功能性，市场上有许多类型的DC电机，根据其连接方式可分类如下：

永磁直流电机

永磁电机是DC电机的一个典型例子，其中永磁体在定子内部提供一个横截面磁场。一对(或多对)径向磁化的永磁体固定在定子内壁上，北极和南极交替相对，并在它们之间产生均匀的磁场。除了固定永磁体之外，钢制定子的圆柱形状还用作磁通量的低磁阻返回通道。这些类型的DC电机的缺点是永久磁铁会随着时间失去磁性；然而，在一些先进的永磁DC电机中，磁体与额外的励磁线圈一起工作，以补偿磁化损失。

应用

永磁DC电机通常用于不消耗太多功率，不需要非常有效地控制电机转速的电气设备。玩具汽车、雨刷、热风扇、光盘驱动器等电气设备的例子很少。

他励直流电机

励磁DC电机包含一个电磁场线圈，而不是一个永久磁铁，以建立定子内的磁场。这些电机内部安装有励磁装置，利用电流产生磁场。在他励DC电机中，向励磁装置提供电流的电路和向电枢线圈提供电流的电路具有不同的电压源。换句话说，流过电枢线圈的电流不会流过励磁装置的线圈。励磁装置以恒定电压工作，而电枢线圈可以具有可变电压来调节电机的速度。此外，通过切换励磁线圈的极性，可以瞬间反转电机轴的旋转方向。然而，存在用于激励激励线圈的额外电压源成本的缺点。

应用

他励DC电机通常用于需要双向旋转和精确速度控制的电器中。它们用于各种电器，包括卷纸机、电力推进船，甚至电动火车的牵引控制器。

自励直流电机

顾名思义，自励DC电机是那些励磁线圈和电枢线圈共用一个电压源的电机。两个线圈可以串联或并联，或者串并联结构的组合。根据其连接配置，自激式DC电机进一步分为以下三类：

串绕自励直流电机

在串励自励DC电动机中，励磁线圈与内部的电枢线圈串联。虽然串励自励DC电机的结构与其他自励DC电机相似，但自励DC电机的励磁线圈匝数相对较少，导线比电枢线圈粗，从而保证了低电阻。因此，在这种情况下产生的电磁转矩比通常情况下高得多，导致电机速度更快。但是，串励自励电动机的速度控制不如其他励磁电动机那样令人印象深刻。

应用

由于串励自励电动机速度高，通常用作起重机、电梯等重工业设备的起动电动机。另外，串激电机通常只使用很短的时间，比如几秒钟，因为串激电流高会烧坏串激线圈，使电机无用武之地。

并联自励直流电机

在并联自励DC电机中，励磁线圈与电机的电枢线圈并联，从而产生相似的电压，但两个线圈的电流和流量不同。与DC电机的电枢绕组相比，励磁绕组的匝数要高得多，以增加净通量连通性，而导体的直径要小，以增加电阻(更低的电流)。当负载施加到转子终端的轴上时，这使得并联自励磁DC电机具有独特的自调速能力。换句话说，当电机从空载切换到负载时，电机的转速不会有大的波动。

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应用

并联自激DC电机常见于匀速运行的电器中。需要精确速度控制的地方，如磨床、印刷机、车床等。它们的自我调节速度能力就派上了用场。但是，电机启动时的负载必须受到限制，因为它不能产生高启动转矩。

复绕自励直流电机

复合绕线自激DC电机，又称DC复合电机，是串并联励磁电机的组合。在DC复合式电机中，励磁线圈以串联和并联方式连接到电枢线圈。这种结构组合的目标是获得两种类型的最佳质量。并联电机具有非常有效的速度调节，而串联电机具有非常高的启动转矩。因此，就这些特性而言，复合式DC马达是一个极好的折衷方案。两个励磁线圈一起工作，以提供所需的磁通量和所需的转速。根据励磁线圈和电枢线圈的连接方式，复绕DC电机可进一步分为两种基本类型：

长并联复合绕线直流电机是通过电枢和励磁线圈的串联组合，并联绕组励磁线圈的电机。短并联复合绕线直流电动机是电流先通过串联绕组励磁线圈再分流到并联励磁绕组和电枢线圈时电动机 的并联。此外，根据励磁和复合特性，DC复合电机可分为其他两类：

累积复合：在累积复合DC电机中，由并联励磁线圈产生的并联励磁磁通增强了由串联励磁线圈产生的主励磁磁通的效果。换句话说，由并联线圈绕组产生的磁通量和由串联线圈绕组产生的磁通量相加以获得总磁通量。差动复合：如果并联励磁磁通减少了主串联绕组的影响，这种电机称为差动复合。这是因为并联绕组励磁线圈和串联绕组励磁线圈的极性相反。因为在这种情况下产生的净通量低于原始通量，所以这种配置不太可能有任何实际用途。

应用

像并激自激DC电机一样，复合DC电机经常出现在需要快速恒速运行的设备中。他们的效用的主要区别是，DC复合电机可以运行，不管轴上的负载。换句话说，就DC复合电机而言，负载并不十分重要。复合绕线DC电机的常见应用可见于自动扶梯、电梯、压力机、轧机、往复式机器和其他机器。